高分辨率探地雷达及实验研究

本文作者开发基于E5071B型矢量网络分析仪(VNA)的高分辨率探地雷达系统(LANRCS—GPR),该系统立足于频率域探地雷达系统的宽频带和适应性强的优点之上,充分发挥了矢量网络分析仪具有的超宽带、高精度测量等特性。该系统采用LAN方式进行系统联机控制方式,使系统组建成本低廉、易于扩展:本系统采用了计算效率高的F-K偏移方法作为实时成像方法。系统测试实验表明,该系统具有很高的探测分辨率,探测精度高,信号信噪比高,系统动态范围大,而且系统的操作灵活可靠,适应范围广,系统功能可扩展性强。该系统的研究开发为将来成品频域探地雷达系统的研发提供了理论、实验基础,同时也为电磁波传播研究及电磁探测研究搭建了一个采集数据精度高、信息量大、适应范围广、操作方便的实验平台。     

分岔隧道变形监测与施工对策研究

分岔隧道是一种新型结构形式的隧道。以八字岭分岔隧道为工程背景,首先介绍了分岔隧道现场变形监测方法;接着分析了在当前支护和施工方案条件下隧道纵向变形特点、大拱段伴随开挖和支护进行表现出来的施工动态响应特点及隧道开挖面表现出来的空间效应特点。最后,在分析隧道变形特点的基础上,给出了相应的施工对策。研究结果为分岔隧道的设计、施工提供了必要的依据。     

GPＲ 探测电力工程地埋管线的技术方法

在电力工程地埋管线探测中,GPＲ 是一种行之有效的方法。为提高管线探测的精度,降低工程施工风险,笔者从探地雷达野外数据采集开始,详细探讨了探地雷达应用于管线探测时的数据采集方法 ( 包括测线的布设、干扰因素的避让等) 和室内后续数据处理的策略。针对管线探测这一目标,采用预测反褶积技术压制多次波和非线性颜色分级的剖面显示方式是提高数据解释精度的关键,并结合电力隧道地下管线探测实例验证了本文所提方法的有效性。     

TI介质各向异性速度多参数分析

本文采用横向各向同性（TI）介质弹性参数的Anderson表征方式,利用小偏移距同类反射波或转换波信息重建纵横波速,以中长排列同类反射波或转换反射波信息重建各向异性因子图像,分步进行深度域TI介质中P、SV波多参数各向异性速度分析,以理论模型验证了方法的可行性.最后给出宽角反射PP与SS波折合剖面的速度与各向异性因子解释结果.     

基于颗粒离散元模型的花岗岩压缩试验模拟研究

基于颗粒流理论,以黄岛国家石油储备库地下洞库的花岗岩室内试验测试为背景,借助PFC2D（particle flow code）的黏结颗粒模型（bonded particle model, BPM）建立双轴压缩模型。以花岗岩室内试验的宏观力学参数和破坏形态为参照,通过“试错法”得出黏结颗粒模型相对应的细观物理力学性质参数。模拟试验的弹性模量、泊松比与室内试验值吻合较好,BPM模型由于选用圆形颗粒导致黏聚力和内摩擦角与室内试验值相比有一定偏差。模拟试验与室内试验的试件破坏形态均以单斜面剪切破坏为主。采用校准的细观物理力学性质参数,应用BPM模型再现花岗岩压缩试验全过程,深入分析微裂纹萌生演化及能量变化规律。研究表明,压缩过程中岩石试件内裂纹扩展主要经历平稳发展-急剧增加-平稳发展3个阶段;变形过程中,花岗岩试件边界能、应变能、黏结能、摩擦能及动能在各个阶段的变化很好地解释花岗岩受力破坏的细观力学机制。     

多模式面波非线性反演

利用高频面波反演横波速度一直是浅地表地震工程研究的热点。为深入认识利用高频面波（瑞雷波和勒夫波）评价横波速度的能力,本文首先采取高阶交错网格有限差分法实现两层模型的瑞雷波和勒夫波数值模拟,并应用τ-p变换形成频散能量图。相比瑞雷波,不同模式的勒夫波频散能量很接近,这说明易于实现多模式勒夫波反演。然后利用线性映射实现广义模式识别这种非线性反演方法对含软弱夹层的四层模型的基模式、多模式瑞雷波和勒夫波的变厚度反演。若初始模型很拙劣,相比勒夫波,瑞雷波基模式反演不能重建地层中含有软弱夹层这一特征,瑞雷波多模式反演则可以重建这一特征;勒夫波基模式和多模式反演都可以重建这一特征。即使在地层的泊松比与估计值相差很大时,瑞雷波多模式反演仍能重建地层结构,但其频散曲线总是存在"模式接吻"现象,容易模式误判;而勒夫波反演则不用估计地层泊松比,也不存在"模式接吻"现象。一系列算例表明：高模式瑞雷波的加入会显著提高横波速度评价结果的精度;而高模式勒夫波的加入会令反演系统对半空间以上异常层的参数过于敏感,造成参数过度估计,但也会显著提升对半空间横波速度的评价能力。最后,应用本文方法实现了对实测勒夫波数据的分析。     

辐射流条件下裂隙岩体渗透性表征单元体尺寸与等效渗透系数

一般情况下,随着尺寸的增大,裂隙岩体的性质参数也会发生变化,当尺寸增大到某一临界状态时,该参数会保持不变,这一临界尺寸称为裂隙岩体表征单元体(REV)。依托国家某地下水封石洞油库项目,基于辐射流的REV尺寸确定方法,研究了该库址区的渗透性REV尺寸及渗透系数,得到了该库址区辐射流情况的REV尺寸为37.5 m,是迹长的1.3倍;研究了迹长、间距、岩桥长度对REV尺寸及渗透系数的影响,得到了迹长、间距对REV尺寸和渗透系数有一定的影响,而岩桥长度对REV尺寸的影响不明显;对比分析了平行流和辐射流情况下REV尺寸与渗透系数的异同,得到了采用辐射流得到的REV尺寸和渗透系数更加符合实际,并且计算较为方便。     

阵列式探地雷达信号极化场特征

阵列式观测是探地雷达系统研制和新型探测方法的一个重要发展趋势,而同形多源并发地下目标响应特征分析成为系统研制和数据处理研究的基础和前提。阵列式天线的多源并发信号及目标反射信号存在复杂的极化特性,但同时也包含更多目标特征的响应信息。本文针对基于似平面波探地雷达系统,分析了目标体在极化平面波照射下的响应特征,从多极化信号角度分析典型地下目标体形态特征;并采用时域有限差分正演分析方法,通过对阵列天线接收到的数据沿时间轴进行积分来获得目标在地表投影的分布情况,分析了一维及二维分布的收发天线阵列对目标的检测。研究成果表明,多极化综合特征分析能够有效改善目标检测的稳定性,提高目标响应信号的信噪比,减弱天线方向图和目标散射截面闪烁对数据剖面的影响,降低数据处理和解释的难度。